Выпаривание.. Розрахункова робота з Інші. Робота № 400513

Перехід до торгівельного партнера Binance

Выпаривание.

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2000

Тип роботи:

Розрахункова робота

Предмет:

Інші

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Производительность 5,0 т/час упаренного раствора NaОН. Начальная концентрация 5%, конечная 20%. Раствор поступает при температуре кипения. Давление греющего пара 0,145 МПа, вакуум в конденсаторе 620 мм рт.ст. С выносной камерой SHAPE \* MERGEFORMAT ВВЕДЕНИЕ Выпаривание- это процесс концентрирования растворов нелетучего вещества путем удаления жидкого летучего растворителя в виде пара. Сущность выпаривания заключается в переводе растворителя в парообразное состояние и отвод полученного пара от оставшегося сконцентрированного раствора. Выпаривание обычно проводят при кипении, т.е. в условиях, когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата. Этот процесс подучил широкое распространение в химической промышленности, в связи с тем, что многие вещества, например едкий натр, едкое кали, аммиачная селитра, сульфат аммония и др. получают в виде разбавленных водных растворов, а на дальнейшую переработку и транспорт они должны поступать в виде концентрированных продуктов. Для нагревания выпариваемых растворов до кипения используют топочные газы, электрообогрев и высокотемпературные теплоносители, но наибольшее применение находит водяной пар, характеризующийся высокой теплотой конденсации и высоким коэффициентом теплоотдачи. Выпаривание можно проводить под вакуумом, при атмосферном и повышенном давлении. Процесс выпаривания проводится в выпарных аппаратах, конструкции которых очень разнообразны, что значительно усложняет их классификацию. Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом, имеющие поверхность теплообмена, выполненную из труб. Выпарные аппараты с паровым обогревом состоят из двух основных частей: - кипятильник (греющая камера) в котором расположена поверхность теплообмена и происходит выпаривание раствора; - сепаратор - пространство, в котором вторичный пар отделяется от раствора. В зависимости от характера движения кипящей жидкости в выпарном аппарате различают: - выпарные аппараты со свободной циркуляцией; - выпарные аппараты с естественной циркуляцией; - выпарные аппараты с принудительной циркуляцией; - пленочные выпарные: аппараты. Выпарные аппараты с естественной циркуляцией отличаются высокой производительностью и широко используются для упаривания растворов с относительно невысокой вязкостью. В таких аппаратах циркуляция осуществляется за счет разности плотностей в отдельных точках аппарата. Раствор, находящийся в кипятильных трубках закипает и в результате испарения части жидкости в этих трубках образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самого раствора. В результате этого раствор в кипятильных трубках поднимается, а в циркуляционной трубе опускается. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и предохраняется поверхность труб от образования накипи. Существует несколько типов аппаратов с естественной циркуляцией: с центральной; циркуляционной трубой, с подвесной греющей камерой, с выносной греющей камерой и т.д. Выпарные аппараты с центральной циркуляционной трубой получили наиболее широкое распространение из-за простоты конструкции и легкоти очистки и ремонта. В тоже время наличие обогреваемой циркуляционной трубы снижает интенсивность циркуляции. Технологическая схема EMBED KompasFRWFile Исходный раствор центробежным насосом Н подается в кожухотрубный теплообменник ТО, где нагревается до заданной температуры и поступает в выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой ВА. Нагрев раствора в теплообменнике и выпаривание осуществляются за счет теплоты конденсации греющего пара: образовавшийся при этом конденсат, сбрасывается в линию конденсата и может использоваться в качестве оборотной воды. Упаренный раствор из выпарного аппарата поступает на дальнейшую переработку. Образовавшийся при выпаривании вторичный пар, поступает в барометрический конденсатор БК, где смешивается с холодной водой, конденсируется и сбрасывается в линию конденсата. Выбор конструкционного материала Так как водный раствор NaОН при температуре кипения является коррозионно-активным веществом, то в качестве конструкционного материала для основных деталей выбираем нержавеющую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632–72, которая является стойкой в сильно агрессивных средах до температуры 600 С. Материальный расчет Производительность установки по выпариваемой воде: W = Gк(хк/хн – 1) = 1,39(20/5 – 1) = 4,17 кг/с, Gк = 5000/3600 = 1,39 кг/с Производительность установки по упаренному раствору: Gн= Gк + W = 1,39+4,17 = 5,56 кг/с. 5. ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ РАСТВОРА Температура и давление греющего и вторичного пара [1c550]: Ргп = 0,145 МПа  tгп = 110,3 С; Рбк = Рат – Вбк = 101,3 – 82,6 = 18,7 кПа  tбк = 58,6 С; Вбк = 620 мм рт.ст. = 620·133,3 = 82646 Па = 82,6 кПа Принимаем гидростатическую депрессию ``` = 1С, тогда температура и давление вторичного пара: tвп = tбк + ``` = 58,6 + 1 = 59,6 С  Рвп = 19,6 кПа. Оптимальная высота раствора в трубках: hопт = Н[0,26+0,0014( – в); где Н = 4 м – высота кипятильных трубок;  = 1196 кг/м3 – плотность раствора [2 c. 90]; в = 983 кг/м3 – плотность воды. hопт = 4[0,26+0,0014(1196 – 983) = 2,23 м. Давление и температура в среднем слое раствора: Рср = Рвп + 0,5hоптg = = 19,6103 + 0,52,2311969,8 = 32,7103 Па  tср = 71,1 С. Гидростатическая депрессия: `` = tcp – tвп = 71,1 – 59,6 =11,5 С. Температурная депрессия: EMBED Equation.3 где `ат = 8,2 С – температурная депрессия при атмосферном давлении [1 c.535], r = 2330000 кДж/кг – теплота испарения при tcp [1c.550]. ` = 16,2(273+71,1)28,2/2330000 = 6,8 C. Температура кипения и полезная разность температур: tк = tвп+``+` = 59,6+ 6,8+11,5 = 77,9 C, tп = tгп – tк = 110,3 – 77,9 = 32,4 С. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ АППАРАТА Q = W(Iвп – свtк)(1+m), где tн – начальная температура раствора, сн = 3,98 кДж/кгК – теплоемкость начального раствора [1c 248], Iвп = 2608 кДж/кг – энтальпия вторичного пара [1c. 550], св = 4,19 кДж/кгК – теплоемкость воды [1 c. 537], m = 3% – коэффициент, учитывающий тепловые потери. Q = 4,17(2608– 4,1977,9)](1 + 0,03) = 9800 кВт. Расход греющего пара: D = Q/r = 9800/2229 = 4,40 кг/с. КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ EMBED Equation.3 , где 1 и 2 - коэффициенты теплоотдачи от пара к стенке и от стенки к раствору; (/) – тепловое сопротивление стенки. EMBED Equation.3 где ст = 0,002 м – толщина стенки трубки; ст = 17,5 Вт/мК – теплопроводность нержавеющей стали [1 c.529]; r1 = r2 = 1/5600 мК/Вт – тепловое сопротивление загрязнений стенок (/) = 0,002/15,5 + 1/5600 + 1/5600 = 4,610-4 мК/Вт. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке трубки: EMBED Equation.3 где 1 = 0,25410-3 Пас – вязкость конденсата [1 c.537]; 1 = 0,682 Вт/мК – теплопроводность конденсата; 1 = 951 кг/м3 – плотность конденсата; t1 – разность температуры конденсации пара и температуры стенки со стороны пара, предварительно принимаем t1 = 5 C; Н = 4 м – высота нагревательных трубок. 1 = 2,04(0,682395122229000/0,25410-354)0,25 = 6833 Вт/м2К. Для установившегося процесса теплопередачи справедливо уравнение для удельного теплового потока: EMBED Equation.3 , тогда tст = 1t1(cт/ст) = 683354,610-4 =15,7 С, t2 = tп – t1 – tст = 32,4 – 15,7 – 5 =11,7 С. Коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящему раствору: 2 = Aq0,6 EMBED Equation.3 , где 1 = 0,717 Вт/мК – теплопроводность раствора [2 c. 94]; п = 0,128 кг/м3 – плотность вторичного пара [1c. 550]; 0 = 0,579 кг/м3 – плотность пара при атмосферном давлении; 1 = 0,086 Н/м – поверхностное натяжение раствора [1 c.526]; c1 = 3610 Дж/кгК – теплоемкость раствора [1 c. 248]; 1 = 1,1310-3 Пас – вязкость раствора [2 c. 92]. A=7800,7171,311960,50,1280,06/0,0860,523300000,60,5790,6636100,3(1,1310-3)0,3= = 7,81, 2 = A(1t1)0,6 = 7,81(68335)0,6 = 4100 Вт/м2К. Проверяем равенство удельных тепловых потоков: q1 = 1t1 = 68335 = 34165 Вт/м2, q2 = 2t2 = 410011,7 = 47972 Вт/м2. q1  q2 принимаем t1 = 5,9 С, тогда 1 = 6833(5/5,9)0,25 = 6556 Вт/м2К. tст = 1t1(cт/ст) = 65565,94,610-4 =17,8 С, t2 = tп – t1 – tст = 32,4 – 17,3 – 5,9 = 8,7 С. 2 = A(1t1)0,6 = 7,81(65565,9)0,6 = 4417 Вт/м2К. Проверяем равенство удельных тепловых потоков: q1 = 1t1 = 65296,0 = 38680 Вт/м2, q2 = 2t2 = 44178,7 = 38429 Вт/м2. q1  q2 Коэффициент теплопередачи: К = 1/(1/6529 + 4,610-4 + 1/4417) = 1191 Вт/м2К. Требуемая поверхность теплообмена: F = Q/Ktп = 9800103/119132,4 =254 м2. Выбираем по ГОСТ 11987–81 аппарат с ближайшей большей поверхностью теплообмена F =315 м2: диаметр греющей камеры, не более –1600 мм; диаметр сепаратора, не более – 3600 мм; диаметр циркуляционной трубы, не более 1000 мм; высота аппарата, не более 15000 мм; масса аппарата, не более 21000 кг. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ Число нагревательных трубок диаметром 382, высотой 4 м: n = F/dcpL где dcp = 0,036 м – средний диаметр трубки. n = 315/0,0364,0 = 696 шт. Площадь суммарного сечения всех кипятильных трубок: fтр = 0,785ndвн2 = 0,7856960,0342 = 0,63 м2. Площадь сечения циркуляционной трубы: fц = 0,3fтр = 0,30,63 = 0,189 м2. Диаметр циркуляционной трубы: dц = (fц/0,785)0,5 = (0,189/0,785)0,5 = 0,491 м. Принимаем dц = 500 мм. Диаметр греющей камеры: EMBED Equation.3 , где  = 1,25 – коэффициент шага трубок;  = 60 – при размещении труб по вершинам правильных треугольников;  = 0,7 – коэффициент использования трубной решетки; dн = 0,038 м – наружный диаметр трубок; А = 0 – при отсутствии в трубной решетке отверстия для циркуляционной трубы. D = (0,41,252sin603150,038/0,74)0,5 = 1,52 м. Принимаем диаметр корпуса греющей камеры 1600 мм. Толщина обечайки:  = DP/2 +Cк где D = 1,6 м – диаметр греющей камеры аппарата; P = 0,145 МПа – давление греющего пара;  = 138 МН/м2 – допускаемое напряжение для стали [2 c.76];  = 0,8 – коэффициент ослабления из-за сварного шва [2 c.77]; Cк = 0,001 м – поправка на коррозию.  = 1,60,145/21380,8 + 0,001 = 0,003 м. Согласно рекомендациям [3 c.24] принимаем толщину обечайки  = 10 мм. Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 – 78 [3 c.25], толщина стенки днища 1 = = 10 мм. 400 50 1600 Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ОСТ 26–428–79 [3 c.25]: EMBED KompasFRWFile Максимальная масса аппарата: Gmax = Ga + Gв, где Ga = 21000 кг – масса аппарата, Gв – масса воды заполняющей аппарат. Gв = 10000,785D2H = 10000,7851,6215,0 = 30144 кг, где Н = 15,0 м – высота аппарата. Gmax = 21000 + 30144 = 51144 кг = 0,50 МН. Принимаем, что аппарат установлен на 4 опорах, тогда нагрузка приходящаяся на одну опору: Gоп = 0,50/4 = 0,125 МН. Выбираем опору с допускаемой нагрузкой 0,16 МН, конструкция которой приводятся на рисунке: EMBED KompasFRWFile Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле: d = EMBED Equation.3 , где G – массовый расход теплоносителя,  - плотность теплоносителя, w – скорость движения теплоносителя в штуцере. Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 1 м/с, а для пара w = 25 м/с, тогда диаметр штуцера для входа греющего пара: d1 = (4,40/0,785250,84)0,5 = 0,516 м, принимаем d1 = 500 мм. диаметр штуцера для выхода конденсата: d1 = (4,40/0,7851951)0,5 = 0,077 м, принимаем d1 = 80 мм. диаметр штуцера для входа раствора: d1 = (5,56/0,78511025)0,5 = 0,083 м, принимаем d1 = 80 мм. диаметр штуцера для выхода раствора: d1 = (1,39/0,78511196)0,5 = 0,038 м, принимаем d1 = 40 мм. Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80, конструкция и размеры которых приводятся ниже: EMBED KompasFRWFile Расчет тепловой изоляции. В качестве материала тепловой изоляции выберем совелит (85% магнезии + 15% асбеста), имеющий коэффициент теплопроводности и = 0,09 Вт/мК. Принимаем температуру наружной поверхности стенки tст.в.=40 С; температуру окружающей среды tв = 18 С, тогда толщина слоя изоляции: EMBED Equation.3 , где в – коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду: в = 9,3+0,058 tст.в. = 9,3+0,05840 = 11,6 Вт/м2К. и = 0,09(110,3-40)/11,6(40-18) = 0,025 м. Принимаем толщину тепловой изоляции 30 мм. Расчет диаметра сепаратора. Принимаем диаметр сепаратора равным Dc = 2,4 м, тогда скорость пара в сепараторе: wп = W/п0,785Dc2 = 4,17/0,840,7852,42 = 1,1 м/с. Критерий Рейнольдса: Re = wпdкп/п, где dк = 0,3 мм – диаметр капли; п = 1,210-5 Пас – вязкость пара [1 с.557]; Re = 1,10,310-30,84/1,210-5 = 23,1. Коэффициент сопротивления:  = 18,5/Re0,6 = 18,5/23,10,6 = 2,82. Скорость витания капли EMBED Equation.3 , wвит = [49,8(1196 – 0,84)0,310-3/32,820,84]0,5 = 1,4 м/с. Так как wп < wвит, то капли раствора будут оседать под действием силы тяжести, поэтому увеличивать диаметр сепаратора нет необходимости. 9 РАСЧЕТ БАРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА Принимаем начальную температуру воды поступающую в барометрический конденсатор tвн = 20 С, тогда расход охлаждающей воды: EMBED Equation.3 где Iбк = 2606 кДж/кг – энтальпия пара в конденсаторе; tбк = 58,6 С – температура пара в конденсаторе; tвк – конечная температура воды на выходе из барометрического конденсатора; tвк = tбк – 3 = 58,6 – 3 = 55,6 С. Gв = [4,17(2606 – 4,1955,6)]/4,19(55,6-20) = 66,3 кг/с. Диаметр барометрического конденсатора: EMBED Equation.3 , где п = 0,123 кг/м3 – плотность пара в конденсаторе; vп = 15 м/с – скорость пара в конденсаторе; dбк = (4,17/0,785150,123)0,5 = 1,65 м. Выбираем барометрический конденсатор с диаметром корпуса 1600 мм, диаметр барометрической трубы которого равен dбт = 0,3 м. Высота барометрической трубы: EMBED Equation.3 , где В = 82,6 кПа – вакуум в барометрическом конденсаторе;  - сумма местных сопротивлений; vв – скорость воды в барометрической трубе;  = вх+вых = 0,5+1,0 = 1,5, где вх – сопротивление на выходе из трубы; вых - сопротивление на входе в трубу. vв = (Gв+W)/0,785вdбт2 = (4,17+66,3)/0,78510000,302 = 1,00 м/с. Критерий Рейнольдса: Re = vвdбтв/в = 1,0010000,30/0,6510-3 = 461538 где п = 0,6510-3 Пас – вязкость воды [1 с.537]. Коэффициент трения для гладких труб:  = 0,316/Re0,25 = 0,316/4615380,25 = 0,012. Нбт = 82600/10009,8 + (1+1,5+0,012Нбт/0,30) + 0,5 Решая это уравнение находим Нбт = 8,5 м. Производительность вакуум-насоса: Gвоз=2,510-5(W+Gв)+0,01W = 2,510-5(4,17+66,3) + 0,014,17=0,043 кг/с. Объемная производительность насоса: Vвоз = R(273+tвоз)Gвоз/МвозРвоз, где R = 8310 Дж/кмольК – универсальная газовая постоянная. tвоз = tвн+4+0,1(tк – tн) = 20+4+0,1(55,6 – 20) = 27,6 C Pвоз = Рбк – Рнп = 18,7 – 3,7 = 15,0 кПа Рнп = 3,7 кПа – давление насыщенного пара при 27,6 С. Vвоз = 8310(273+27,6)0,043/2915000 = 0,275 м3/с =16,5 м3/мин. По этой величине выбираем вакуум-насос типа ВВН–25, для которого производительность равна 25 м3/мин; мощность на валу 48 кВт [3 c.188]. ЛИТЕРАТУРА Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов.Л.:Химия,1987, 576 с. Овчинников Л.Н., Гусев Е.В. Расчет и проектирование выпарных установок. Учебное пособие. Иваново. 1999. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И.Дытнерского. М.:Химия, 1983. 272 с.

Розрахункова робота Інші

01.01.1970 03:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись